سؤال لماذا يكون نقل البيانات التسلسلية أسرع من التوازي؟


بشكل حدسي ، قد تعتقد أن إرسال البيانات المتوازية يجب أن يكون أسرع من نقل البيانات التسلسلية ؛ بالتوازي ، أنت تقوم بنقل العديد من البتات في نفس الوقت ، بينما في المسلسل تقوم بعمل واحد في كل مرة.

ما الذي يجعل واجهات SATA أسرع من PATA ، وأجهزة PCI-e أسرع من PCI ، والمنافذ التسلسلية أسرع من التوازي؟


125
2018-06-02 16:27


الأصل


ربما هو ، ولكن إذا كان الأمر كذلك ، howcome أرى كل هذه intel.com/content/www/us/en/chipsets/performance-chipsets/...    فإنه يقول الممرات المتعددة ل PCIe ، وبحثت عن FDI على ويكيبيديا ، وقال "2 وصلات / قنوات / أنابيب ثابتة ذات تردد ثابت 4 بت" و DMI يتحدث عن 4 روابط. (مضافة - قد تغطي إجابة سكوت جزئياً ذلك) - barlop
كل ذلك يتلخص في معدل الساعة. - Daniel R Hicks
الإجابات الثلاثة الحالية تفشل في ذكر الاقتصاد ، أي كلفة. هو ببساطة أرخص لجعل واجهة تسلسلية سريعة جداً من واجهة متوازية سريعة جداً. بالنسبة لخطوط النقل ، يكون الكبل التسلسلي الذي يستخدم عددًا قليلاً من الأسلاك أرخص من الكبل المتوازي الذي سيكون صعبًا ومكلفًا للدرع. - sawdust
العودة في أيام DB25 و DB9 اتصالات ، كنت محظوظا لدفع 115 كيلوبت / ثانية عبر المسلسل في حين حصلت على التوازي 12 ميغابت / ثانية مع ثمانية دبابيس البيانات المتوازية. - α CVn


الأجوبة:


لا يمكنك صياغتها بهذه الطريقة.

الإرسال التسلسلي هو أبطأ من انتقال مواز نظرا ل نفس تردد الإشارة. باستخدام الإرسال المتوازي ، يمكنك نقل كلمة واحدة لكل دورة (على سبيل المثال ، 1 بايت = 8 بت) ولكن مع إرسال تسلسلي فقط جزء منه (على سبيل المثال ، بتة واحدة).

سبب استخدام الأجهزة الحديثة للإرسال التسلسلي هو ما يلي:

  • لا يمكنك زيادة تردد الإشارة للإرسال المتوازي دون حد ، لأنه ، حسب التصميم ، يجب أن تصل جميع الإشارات الصادرة من جهاز الإرسال إلى المستقبل عند نفس الوقت. هذا لا يمكن ضمانه للترددات العالية ، حيث لا يمكنك ضمان أن وقت العبور إشارة يساوي جميع خطوط الإشارة (فكر في مسارات مختلفة على اللوحة الأم). كلما زاد التردد ، كلما زادت الفروق الدقيقة. ومن ثم يتعين على المتلقي الانتظار حتى يتم تسوية جميع خطوط الإشارة - من الواضح أن الانتظار يقلل من معدل النقل.

  • نقطة جيدة أخرى (من هذا المشنور) هو أن المرء يحتاج إلى النظر الحديث المتبادل مع خطوط إشارة متوازية. كلما ازداد التردد ، كلما زاد التداخل أكثر وضوحا كلما ازداد احتمال كلمة فاسدة والحاجة إلى إعادة إرسالها.1

لذا ، حتى إذا قمت بنقل بيانات أقل في كل دورة مع إرسال تسلسلي ، يمكنك الانتقال إلى ترددات أعلى بكثير مما ينتج عنه معدل نقل صافي أعلى.


1 هذا يفسر أيضا لماذا UDMA-كابلات (كان ATA متوازي مع زيادة سرعة النقل) ضعف عدد الأسلاك كما دبابيس. تم تأريض كل سلك ثاني لتقليل الحديث المتبادل.


141
2018-06-02 16:44



ليس على المتلقي الانتظار حتى تستقر جميع السطور في نفس الوقت - النقل المتوازي السريع nowdays ينطوي على قياس ثم تعويض عن تأخير الوصول على كل سلك على حدة. هذا يحمل حتى لوصلات قصيرة على متن مثل وحدة المعالجة المركزية <-> DRAM! أصبح هذا ممكنًا من خلال اعتماد بعض التقنيات المتسلسلة مثل الساعات المدمجة (على سبيل المثال الترميز 8b / 10b) و / أو تسلسلات التدريب. - Beni Cherniavsky-Paskin
تفسيرك يتناقض مع بيانك. تبدأ تفيد أن المسلسل هو أبطأ واشرح السبب في ذلك بشكل أسرع. أعتقد أن هذا هو مصدر الارتباك ونتساءل كيف يمكن الإجابة. - Val
Val أنت لا تقرأ الإجابة بأكملها. تحرك حافلة الناس أكثر من سيارة عندما تسير بنفس السرعة - ولكن بسبب الطريقة التي تعمل بها الفيزياء ، يمكن لهذه السيارات أن تذهب طريق أسرع من الباص ، لذلك هو أسرع لنقل الناس باستخدام السيارات من الحافلات. وينطبق الأمر نفسه على ارتباطات البيانات: في نفس السرعة ، تقوم الكبلات المتوازية بنقل بيانات أكثر من كبل تسلسلي ؛ ومع ذلك ، يمكننا دفع كبل تسلسلي للعمل بشكل أسرع بكثير مما يمكننا من كبل متوازي. إذا حاولنا تسريع الكبل المتوازي ، تتسبب الفيزياء في أن تصبح البيانات هي القمامة. - Darth Android
في الحقيقة أنا أرى رأسا على عقب. إنها وسيلة نقل الركاب (العامة) ذات معدل نقل أعلى ، لأنك لا تقوم بنقل السيارة مع الجميع ، على الرغم من أن الناس يفضلون التنقل بشكل فردي ، في سيارات متوازية ، وبالتالي تطوير بنية تحتية ضواحي واسعة بدلاً من تعبئة الناس إلى مدن ثلاثية الأبعاد صغيرة الحجم. أرى انفجار البتات التسلسلية كقطار. تقريبًا ، إرسال حزمة أمر مكلف ولكن لا يهم مقدار البيانات التي ترسلها لكل حزمة. وبالتالي ، فإن إرسال قطار ب 1000 بت بدلاً من 1000 سيارة متوازية أرخص 1000 مرة. - Val
Val هكذا تعمل وسائل النقل ، نعم ، لكن هذا ليس طريقة عمل فيزياء الكهرومغناطيسية ، ولا يتناسب مع القياس. لا أحد يتحدث عن الكفاءة هنا ، فقط السرعة والإنتاجية. على الرغم من أن الوصلة المتوازية يمكنها نقل المزيد من البيانات في كل دورة على مدار الساعة ، يمكن للوصلة التسلسلية نقل بيانات أقل في كل دورة ساعة ولكن لديها الكثير من دورات الساعة في نفس الإطار الزمني الذي لا يزال لديه معدل نقل أعلى. - Darth Android


المشكلة هي التزامن.

عند إرسالك بالتوازي ، يجب أن تقيس جميع الخطوط في نفس اللحظة بالضبط ، كلما ازدادت سرعة حجم النافذة لتلك اللحظة ، تصبح أصغر وأصغر ، وفي النهاية يمكن أن تصبح صغيرة جدًا بحيث لا تزال بعض الأسلاك تستقر بينما يتم الانتهاء من الآخرين قبل نفاد الوقت.

عن طريق إرسال مسلسل لم تعد بحاجة للقلق حول جميع الخطوط التي تستقر ، خط واحد فقط. ومن أكثر فعالية من حيث التكلفة لجعل خط واحد يستقر أسرع 10 مرات من إضافة 10 خطوط بنفس السرعة.

بعض الأشياء مثل PCI Express تقوم بأفضل ما في العالمين ، فهي تقوم بعمل مجموعة متوازية من الاتصالات التسلسلية (منفذ 16x على اللوحة الأم يحتوي على 16 اتصالاً تسلسليًا). من خلال القيام بذلك ، لا يحتاج كل سطر إلى التزامن التام مع الخطوط الأخرى ، طالما أن جهاز التحكم في الطرف الآخر يمكنه إعادة ترتيب "حزم" البيانات عند ظهورها باستخدام الترتيب الصحيح.

ال كيفية عمل صفحة الأعمال لـ PCI-Express يقوم بتعمية جيدة جدا في العمق حول كيف يمكن أن يكون PCI Express في المسلسل أسرع من PCI أو PCI-X بالتوازي.


TL ؛ إصدار DR: من الأسهل جعل الاتصال المنفرد أسرع 16 مرة من 8 اتصالات ، أسرع مرتين عندما تصل إلى ترددات عالية جدًا.


68
2018-06-02 16:40



barlop يمكنك القيام بالتوازي في الإيثرنت ، ولكن ذلك ليس شائعًا في استخدام المستهلك ، وهو ما يطلق عليه المصطلح الخاص به ربط القناة. --تصحيح: أصبح شائعا في استخدام المستهلك ، وذلك باستخدام الترابط من التكرار اللاسلكي. انا اعرض يمكن لـ 802.11n الحصول على معدلات تصل إلى 600 ميغابت / ثانية، يستخدمون ما يصل إلى 4 مجموعات متسلسلة متزامنة. - Scott Chamberlain
barlop أعطيتك مصطلحًا خاطئًا ، "ربط القناة" هو المصطلح العام الأوسع ، وتحديدًا للإيثرنت ، المصطلح الصحيح لما تسأل عنه يسمى ربط التجميع. - Scott Chamberlain
كتب ريتش سيفرت "في الواقع ، كثير من الناس يتصلون بـ IEEE 802.11" إيثرنت لاسلكي ". في حين أن هذا يطير بالتأكيد في وجه أي حجة تقنية (حتى أنه لا يستخدم نفس تنسيق الإطار كما IEEE 802.3) ، يمكنني العيش معه عند التحدث إلى الناس الذين يكون اختلاف التكنولوجيا غير مهم". - كلماته. قرأت منذ عدة سنوات أنه يرأس ويحرّر 802.3x ويرأس إيثرنت 2 (وهذا هو DIX Ethernet على ما يبدو ، إيثرنت 10Mbps) - وأنا أقرأ أنه" مشارك نشط في IGE 802.3z جيجابت إيثرنت المهمة القوة ". لذلك ، ليست هناك سلطة تقول 802.11 تمامًا مثل Ethernet. - barlop
تستخدم 1000BASE-T Ethernet (802.3ab ، "gigabit Ethernet") 4 سلكية في نفس الوقت. - MSalters
تختلف اقتصاديات Ethernet عن الحافلات مثل SATA - فالكوابل طويلة جدًا ومكلفة في الاستبدال ، لذا عليك التركيز على ترقية الإلكترونيات في النهاية. تستخدم الإيثرنت المبكرة زوجًا واحدًا من الأسلاك ولكنها موحدة على 4 كابلات ثنائية تتوقع استخدامًا مستقبليًا (في ذلك العصر كان التوازي هو النهج الواضح للإرسال الأسرع). تبين أن هذا الأمر صعب ، بسبب تداخل الإشارات ، ولكن بما أن البرقيات موجودة بالفعل ، كان من العار عدم استخدامها. في نهاية المطاف ، أصبح من الممكن القيام بإلغاء الحديث مع معالجة DSP معقدة للغاية -> D2A-> ... cable ... -> A2D-> معالجة DSP. - Beni Cherniavsky-Paskin


بالتوازي ليس أبطأ بطبيعته ، لكنه يقدم تحديات ما لا يتصل به الاتصال التسلسلي.

لكن العديد من أسرع الارتباطات لا تزال متوازية: إن الحافلة الأمامية في جهاز الكمبيوتر الخاص بك عادة ما تكون متوازية للغاية ، وعادة ما تكون من بين أسرع الروابط البينية في الكمبيوتر. يمكن أيضًا أن تكون وصلات الألياف البصرية متوازية للغاية بحمل أطوال موجية متعددة عبر ألياف مفردة. هذا مكلف ، وبالتالي ليس نموذجي ، مع ذلك. الشكل الأكثر شيوعًا لشبكة Gigabit ethernet هو في الواقع 4 قنوات متوازية من 250Mbit Ethernet في سلك واحد.

التحدي الأكثر وضوحا الذي يقدمه التوازي هو "الحديث المتبادل": عندما يبدأ تيار الإشارة أو يتوقف ، فإنه يحرض مؤقتًا تيارًا صغيرًا على الأسلاك المجاورة له. وكلما زادت سرعة الإشارة ، كلما حدث ذلك في كثير من الأحيان ، وأصعب في التصفية. حاول IDE المتوازي تقليل هذه المشكلة عن طريق مضاعفة كمية الأسلاك في كبل الشريط ، وربط كل سلك آخر بالأرض. لكن هذا الحل لا يصل إليك إلا. إن الكبلات الطويلة والطيات والحلقات والقرب من كابلات الشريط الأخرى تجعل هذا الحل غير موثوق به للإشارات عالية السرعة.

ولكن إذا ذهبت بخط إشارة واحد فقط ، فحينئذٍ يمكنك تحريره بالسرعة التي تسمح بها الأجهزة. كما أنه يحل مشاكل التزامن الخفية مع بعض الإشارات التي تسير أسرع من غيرها.

لا شك أن سلكين نظريا يبلغان ضعف سرعة نظرائهما ، لكن كل خط إشارة تضيفه إلى حد ما يزيد من تعقيد الفيزياء ، وهو ما قد يكون من الأفضل تجنبه.


17
2018-06-03 08:47



لم يكن FSB جزءًا من تصميمات وحدة المعالجة المركزية (CPU) الشائعة منذ حقبة Intel Core 2 ، تركته AMD قبل بضع سنوات من تصميم AMD64. بدلاً من ذلك ، نقل كلاهما وحدة التحكم في الذاكرة إلى وحدة المعالجة المركزية نفسها ووصلا كل شيء آخر إلى وحدة المعالجة المركزية باستخدام باصات سريعة / ضيقة بدلاً من التصميم العريض / البطيء نسبياً لجهاز FSB. - Dan Neely
لقد كانت تقنيات الحد من الحديث معروفة منذ عقود ، ولكن كما هو مذكور في التعليقات على الأسئلة ، فإنها تضيف تكاليف إضافية ، وبعضها يجعل مشكلة التزامن أسوأ (لدى الأزواج الملتوية ذات النسب الملتوية المختلفة اختلافات طفيفة في المعاوقة مما يعني الاختلافات في سرعة الإرسال ، و ...). - dmckee


نقل البيانات التسلسلية ليس أسرع من التوازي. إنها أكثر ملاءمة ، ولذلك فقد تم تطويرها لجعل التوصيل التسلسلي الخارجي السريع بين وحدات المعدات. لا أحد يريد التعامل مع كابلات الشريط التي لديها 50 أو أكثر من الموصلات.

بين الشرائح على لوحة الدوائر الإلكترونية ، يكون البروتوكول التسلسلي مثل I2C الذي يحتاج إلى سلكين فقط أسهل في التعامل معه من توجيه العديد من الآثار المتوازية.

ولكن هناك الكثير من الأمثلة داخل جهاز الكمبيوتر الخاص بك حيث يتم استخدام التوازي لزيادة النطاق الترددي بشكل كبير. على سبيل المثال ، لا تتم قراءة الكلمات مرة واحدة في كل مرة من الذاكرة. وفي الواقع ، يتم إعادة تخزين المخابئ في كتل كبيرة. تعتبر وحدات العرض النقطية مثال آخر: الوصول المتوازي إلى بنوك متعددة للذاكرة للحصول على وحدات البكسل بشكل أسرع ، بالتوازي. يعتمد النطاق الترددي للذاكرة بشكل حاسم على التوازي.

هذا الجهاز DAC توصف من قبل Tektronix بأنها "أسرع DAC عالية السرعة المتاحة تجاريا في العالم 10 بت" يجعل الاستخدام المكثف للتوازي لجلب البيانات ، والتي تأتي في DAC أكثر من 320 خط ، والتي يتم تخفيضها إلى 10 خلال مرحلتين من تعدد الإرسال مدفوعة من قبل مختلف التقسيمات للساعة 12 GHZ الرئيسية. إذا تم إنشاء أسرع DAC 10 بت في العالم باستخدام سطر إدخال تسلسلي واحد ، فمن المحتمل أن يكون.


12
2018-06-02 19:25



+1 لذكر 50 كبل دبوس الشريط. واحدة من الدوافع للذهاب إلى كابلات SAS / SATA هو أن الكابلات العريضة كانت تؤثر على تدفق الهواء داخل الصندوق. - jqa


وبالتوازي مع ذلك ، كانت الطريقة الواضحة لزيادة السرعة عندما كانت البوابات المنطقية بطيئة بما فيه الكفاية بحيث يمكنك استخدام تقنيات كهربائية مماثلة للحافلات / الكابلات والنقل عبر الشريحة. إذا كنت تقوم بالفعل بمبادلة الأسلاك بالسرعة التي يسمح بها الترانزستور ، فإن الطريقة الوحيدة للتوسيع هي استخدام المزيد من الأسلاك.

وبمرور الوقت ، تجاوز قانون مور القيود الكهرومغناطيسية بحيث أصبحت عمليات النقل عبر الكابلات ، أو حتى على متن الحافلات ، عنق زجاجة مقارنة بالسرعة على الشريحة. OTOH ، التفاوت في السرعة يسمح للمعالجة المتطورة في النهاية لاستخدام القناة بشكل أكثر فعالية.

  • بمجرد أن يقترب تأخير التأجيل من ترتيب عدد قليل من الساعات ، فإنك تبدأ بالقلق بشأن التأثيرات التناظرية مثل الانعكاسات => تحتاج إلى معاوقة متوازية على طول الطريق (وخاصة صرامة للموصلات) وتفضل الأسلاك من نقطة إلى نقطة عبر الحافلات متعددة النقاط. لهذا السبب احتاجت SCSI إلى الإنهاء ، ولهذا السبب يحتاج USB إلى لوحات الوصل بدلاً من المقسمات البسيطة.

  • في السرعات العالية لديك عدة بتات في الجو في أي لحظة على طول السلك => تحتاج إلى استخدام بروتوكولات pipelined (وهذا هو السبب في بروتوكولات FSB الخاصة بـ Intel أصبحت معقدة بشكل مخيف ، وأعتقد أن بروتوكولات packetized مثل PCIe كانت رد فعل على هذا التعقيد).

    هناك تأثير آخر هو عقوبة متعددة الدورات لتحويل اتجاه تدفق الإشارة - وهذا هو السبب في أن Firewire و SATA و PCIe يستخدمان أسلاك مخصصة لكل اتجاه تفوق أداء USB 2.0.

  • والضوضاء المستحثة ، والمعروفة باسم "الحديث المتبادل" ، ترتفع مع التردد. وجاء التقدّم الأكبر في السرعات من اعتماد الإشارات التفاضلية التي أدت إلى انخفاض حاد في الحديث المتبادل (رياضياً ، حيث انخفض مجال الشحنة غير المتوازنة إلى R ^ 2 ، لكن حقل ثنائي القطب ينخفض ​​إلى R ^ 3).

    أعتقد أن هذا هو السبب في انطباع "المسلسل هو أسرع ذلك التوازي" - كانت القفزة كبيرة جدًا بحيث يمكنك النزول إلى 1 أو 2 من الأزواج التفاضلية وما زالت أسرع من كبلات LPT أو IDE. كان هناك أيضا فوز في الحديث المتبادل من وجود زوج واحد فقط في كابل ، ولكن هذا بسيط.

  • يختلف التأخير في إرسال الأسلاك (سواء لأن من الصعب مطابقة أطوال الأسلاك عبر المنعطفات 90، والموصلات وما إلى ذلك وبسبب التأثيرات الطفيلية من الموصلات الأخرى) مما يجعل التزامن مشكلة.

    كان الحل هو الحصول على تأجيلات قابلة للضبط في كل جهاز استقبال ، وضبطها عند بدء التشغيل و / أو باستمرار من البيانات نفسها. تشفير البيانات لتجنب حدوث خلل في 0s أو 1s في عبء صغير ولكن له فوائد كهربائية (تجنب انحراف التيار المستمر ، التحكم في الطيف) والأهم من ذلك يسمح بإسقاط سلك (س) الساعة تمامًا (وهو ليس صفقة كبيرة على قمة 40 إشارات ولكن صفقة كبيرة بالنسبة لكابل تسلسلي أن يكون زوج واحد أو اثنين بدلا من 2 أو 3).

لاحظ أننا هي إلقاء الموازاة في عنق الزجاجة - رقائق BGA اليوم لديها المئات أو الآلاف من المسامير ، PCBs لديها المزيد والمزيد من الطبقات. قارن هذا بالميكروكنترولر 40-pin القديمة و 2 طبقة ثنائي الفينيل متعدد الكلور ...

أصبحت معظم التقنيات المذكورة أعلاه لا غنى عنها ل على حد سواء انتقال متوازي ومسلسل. إن الأمر ببساطة هو أنه كلما طالت مدة الأسلاك ، أصبح الأمر أكثر جاذبية لدفع معدلات أعلى من خلال عدد أقل من الأسلاك.


9
2018-06-04 22:00